International Physics Masterclasses

Standardní model

Fyzika částic (zvaná také fyzika vysokých energií) studuje základní stavební kameny (konstituenty) hmoty a interakce mezi nimi. Současná teorie, která elegantně shrnuje naše chápání této oblasti fyziky, je známa jako standardní model (SM). Popisuje interakce mezi fundamentálními konstituenty hmoty. Ty jsou uspořádány do 3 rodin (či generací) kvarků a leptonů, jak to ukazuje následující obrázek. Stejně je tomu s jejich antičásticemi.

Elektromagnetická, silná a slabá síla jsou zprostředkovány výměnou (tzv. kalibračních) bosonů. Tyto síly jsou generovány fundamentálními symetriemi, jež souvisí se zákony zachování. Elektromagnetická síla nekonečného dosahu je zprostředkována nehmotnými fotony, elektrický náboj se zachovává. Silná síla mezi kvarky je přenášena nehmotnými gluony, jež také nesou barevný náboj. Barevný náboj se zachovává.

Elektromagnetickou a slabou sílu popisuje teorie sjednocené elektroslabé síly. Velmi hmotné bosony W a Z zprostředkovávají slabou sílu, jež je krátkého dosahu.

Hmotnosti fundamentálních částic jsou velmi malé, takže gravitace je ve srovnání s těmito třemi silami zanedbatelná.

Leptony existují jako samostané částice. Některé jsou elektricky nabité (e-, μ-, τ-) – v tom případě “cítí” jak elektromagnetickou, tak slabou sílu – jiné neutrální (neutrina: νe, νμ, ντ), interagující pouze slabě. Kvarky jsou částice, na něž působí všechny tři typy interakcí. V přírodě se kvarky nevyskytují samostatně. Pozorujeme pouze složené kvarkové systémy zvané hadrony – nejznámější z nich jsou protony a neutrony.

Přímé zavedení hmotností částic do teorie by narušilo elektroslabou symetrii a teorie by se stala vnitřně rozpornou. Lze tomu zabránit tak, že tzv. Higgsův mechanismus způsobí spontánní narušení symetrie tím, že vakuum je vyplněno dalším polem, které nese pouze slabý náboj. Částice nesoucí slabý náboj (bosony W a Z, kvarky a leptony a Higgsova částice H, která souvisí s Higgsovým polem) získají díky specifickému způsobu interakce s novým polem nenulovou hmotnost. Hmotnost Higgsovy částice mH teorie nepředpovídá.

Objev dlouho hledaného Higgsova bosonu oznámily experimenty ATLAS a CMS v červenci 2012. Hmotnost Higgsova bosonu je přibližně 125 GeV.

Vědci z CERN pokračují ve studiu Higgsova bosonu, aby se přesvědčili, že má skutečně vlastnosti předpovídané standardním modelem. Vy máte ovšem jedinečnou příležitost v rámci naší varianty Z hledat a najít Higgsův boson úplně stejně, jako to dělali fyzikové před několika lety!